Установка для триботехнических испытаний смазочных материалов
Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для испытания смазочных материалов, а также присадок к ним на трение и износ в зависимости от нагрузки и температуры в зоне динамического контакта твердых тел. Установка для триботехнических испытаний смазочных материалов содержит узел нагружения, привод вращения, систему нагрева, две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей образцов и контробразца, и конусообразную пластину, взаимодействующую через сферическую опору и закрепленные в ее верхней конусообразной части два вертикальных упора-штифта с нижней частью оправки-держателя контробразца, а через размещенный в нижней плоской части конусообразной пластины поводок - с упругим элементом системы измерения силы трения, отличающаяся тем, что пальчиковые образцы в их оправке-держателе и два вертикальных упора-штифта конусообразной пластины расположены на окружности одного и того же радиуса, а поводок взаимодействует с упругим элементом системы измерения силы трения через горизонтально установленный подшипник качения, ось которого также находится на окружности того же радиуса, что и пальчиковые образцы и два упора-штифта, причем система измерения силы трения дополнительно содержит электронный кусочно-линейный функциональный преобразователь. Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения силы трения за счет применения оригинальных конструктивных особенностей, позволяющих, с одной стороны, обеспечить определение упругой силы деформированного элемента непосредственно равную силе трения исследуемых образцов о контробразец, что сводит к минимуму или практически исключает возникновение нежелательных релаксационных автоколебаний, как известно, отрицательно влияющих на точность измерения, а, с другой - автоматически с помощью электронного устройства в процессе испытаний учитывать нелинейность деформации упругого элемента, неизбежно возникающую за счет изменения действующей длины упругого элемента системы измерения силы трения в зависимости от величины силы трения при ее экспериментальной оценке.
Полезная модель относится к технике испытаний триботехнических свойств материалов.
Известна установка для триботехнических испытаний смазочных материалов, содержащая основание, закрепленную на нем стойку, установленные в ней соосно друг другу два вала, предназначенные для размещения на их торцах двух сферических образцов, охватывающее валы кольцо, предназначенное для размещения в нем трех опорных шаров-контробразцов, контактирующих со сферическими образцами, охватывающую кольцо чашу, размещенную внутри разъемного электрообогревателя, привод вращения и узлы нагружения шаров и регистрации момента трения [1].
Известна установка для триботехнических испытаний смазочных материалов, содержащая основание, закрепленные на нем две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей пальчиковых образцов и контробразцов, узлы нагружения, нагрева и измерения скорости вращения, привод вращения и систему измерения силы трения, которая содержит несколько плоских разнотолщинных упругих элементов и такое же количество шарнирно закрепленных на нижней плоской части конусообразной пластины поводков, расположенных под углом 120° к оси вращения, один из которых в процессе испытаний находится в рабочем положении, а другие - ждущем и взаимодействующие только со своими упругими элементами [2].
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является установка для триботехнических испытаний смазочных материалов, содержащая узел нагружения, привод вращения, систему нагрева, две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей пальчиковых образцов и контробразца, и конусообразную пластину, взаимодействующую через сферическую опору и закрепленные в ее верхней конусообразной части два вертикальных упора-штифта с нижней частью оправки-держателя контробразца, а через размещенный в нижней плоской части конусообразной пластины поводок - с упругим элементом системы измерения силы трения [3]. В этой установке пальчиковые образцы, а также вертикальные упоры-штифты и поводок, через которые передается усилие на упругий элемент системы измерения силы трения - все расположены на окружностях с разными радиусами от центра вращения контртела.
Недостатком известных установок для триботехнических испытаний смазочных материалов является относительно невысокая точность их при измерении силы трения, поскольку они не позволяют учитывать нелинейность, неизбежно возникающую при изгибе упругих элементов в процессе измерения, т.к. изменяется действующая длина упругого элемента, поскольку точка или область контакта, через которую передается усилие при изменении силы трения смещается на разные расстояния в зависимости от силы трения. Кроме того, недостатком установки - прототипа является также то, что в ней пальчиковые образцы для испытаний, а также упоры - штифты и поводок, через которые передается усилие на упругий элемент, находятся на окружностях разных радиусов от центра вращения контртела, в результате чего, с одной стороны - сила трения, возникающая между трущимися поверхностями, не будет равна упругой силе деформированного элемента, и, следовательно, последняя не будет являться непосредственной мерой силы трения, а, с другой - из-за разных радиусов на которых расположены пальчиковые образцы, упоры-штифты и поводок, а также скачкообразного взаимодействия последнего с упругим элементом системы измерения силы трения вследствие трения скольжения между ними, а не трения качения - при определенных условиях происходит возникновение нежелательных релаксационных автоколебаний в системе измерения силы трения, которые приводят к появлению значительного разброса экспериментальных данных, что, естественно, также будет влиять на точность определения силы трения.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения силы трения за счет применения оригинальных конструктивных особенностей, позволяющих, с одной стороны, обеспечить определение упругой силы деформированного элемента непосредственно равную силе трения исследуемых образцов о контробразец, что сводит к минимуму или практически исключает возникновение нежелательных релаксационных автоколебаний, как известно, отрицательно влияющих на точность измерения, а, с другой - автоматически с помощью электронного устройства в процессе испытаний учитывать нелинейность деформации упругого элемента, неизбежно возникающую за счет изменения действующей длины упругого элемента системы измерения силы трения в зависимости от величины силы трения при ее экспериментальной оценке.
Решение поставленной задачи достигается тем, что, согласно изобретению, установка для триботехнических испытаний смазочных материалов содержит узел нагружения, привод вращения, систему нагрева, две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей пальчиковых образцов и контробразца, и конусообразную пластину, взаимодействующую через сферическую опору и закрепленные в ее верхней конусообразной части два вертикальных упора-штифта с нижней частью оправки-держателя контробразца, а через размещенный в нижней плоской части конусообразной пластины поводок - с упругим элементом системы измерения силы трения, причем пальчиковые образцы в их оправке-держателе и два вертикальных упора-штифта конусообразной пластины расположены на окружности одного и того же радиуса, а поводок взаимодействует с упругим элементом системы измерения силы трения через горизонтально установленный подшипник качения, ось которого также находится на окружности того же радиуса, что и пальчиковые образцы и два упора-штифта, причем система измерения силы трения дополнительно содержит электронный кусочно-линейный функциональный преобразователь.
На фиг. 1 представлен общий вид установки для триботехнических испытаний смазочных материалов.
Установка для триботехнических испытаний смазочных материалов содержит узел нагружения 1, привод вращения 2, систему нагрева 3, две платформы 4 и 5 с установленными в них соосно друг другу двумя валами 6 и 7, предназначенными для закрепления оправок-держателей 8 и 9 пальчиковых образцов 10 и контробразца 11, и конусообразную пластину 12, взаимодействующую через сферическую опору 13 и закрепленные в ее верхней конусообразной части два вертикальных упора-штифта 14 с нижней частью оправки-держателя 9 контробразца 11, а через размещенный в нижней плоской части конусообразной пластины поводок 15 - с упругим элементом 16 системы измерения силы трения 17, причем пальчиковые образцы 10 в их оправке-держателе 8 и два вертикальных упора-штифта 14 конусообразной пластины 12 расположены на окружности одного и того же радиуса R, а поводок 15 взаимодействует с упругим элементом 16 системы измерения силы трения 17 через горизонтально установленный подшипник качения 18, ось которого также находится на окружности того же радиуса R, что и пальчиковые образцы 10 и два упора-штифта 14, а система измерения силы трения 17 дополнительно содержит электронный кусочно-линейный функциональный преобразователь 19. Вал 6 установлен в подшипнике скольжения 20, закрепленном на платформе 4 и имеет осевое перемещение. Вал 7, наоборот, не имеет осевого перемещения и установлен в подшипниках качения 21, размещенных в цилиндрической направляющей 22, закрепленной на платформе 5. Вращение на вал 7 передается от привода 2 через клиноременную передачу 23. Узел нагружения 1 выполнен в виде вала 6, имеющего возможность свободного перемещения в осевом направлении и на верхнем торце которого в подшипнике качения 24 расположена конусообразная пластина 12 с шаровой опорой 13 и жестко закрепленными в ее верхней конусообразной части двумя вертикальными упорами-штифтами 14, а нижней плоской части - поводком 15 с горизонтально установленном на нем подшипником качения 18. Угловое вращение оправки-держателя 9 контробразца 11 через шаровую опору 13, вертикальные упоры-штифты 14, поводок 15 и горизонтально установленный на поводке подшипник качения 18 воздействует на упругий элемент 16 системы измерения силы трения 17. Нижний торец вала 6 через шаровую опору 25 соединен с рычагом 26, шарнирно закрепленном в кронштейне 27, установленном на нижней части плиты 4 и предназначенном для закрепления грузов 28 узла нагружения 1.
Установка для триботехнических испытаний смазочных материалов работает следующим образом.
Перед испытаниями с помощью эталонных грузов через блок и тягу, прикрепленную, например, к одному из вертикальных упоров-штифтов 14 (на фиг. 1 не показано), делают тарировку момента вращения конусообразной пластины 12, которая через поводок 15 и горизонтально установленный на поводке подшипник качения 18 воздействует на упругий элемент 16 системы измерения силы трения 17. Этот момент вращения равен упругой силе (которая по сути дела и будет равна непосредственно измеряемой силе трения) деформирования элемента 16 системы измерения силы трения 17. Причем, поведение деформирования упругого элемента 16 при приложении каждого эталонного груза запоминает электронный кусочно-линейный функциональный преобразователь 19, например, как показано на фиг. 1 в виде ломанной линии OABC. Затем в оправках-держателях 8 и 9, соответственно, закрепляют пальчиковые образцы 10 и диск-контробразец 11 и в пространство между ними помещают исследуемый смазочный материал. Устанавливают на рычаге 26 узла нагружения 1 наименьший из грузов 28 и через сферическую опору 25 и вал 6, перемещая последний в осевом направлении, осуществляют контакт пальчиковых образцов 10 с диском-контробразцом 11. С помощью привода вращения 2 через клиноременную передачу 23 задают определенную скорость вращения вала 7 и закрепленных на нем посредством оправки-держателя 8 пальчиковых образцов 10. Возникающие в контакте пальчиковых образцов 10 и контробразца 11 силы трения поворачивают вокруг оси вращения оправку-держатель 9 и соединенный с ней контробразец 11, которые через сферическую опору 13, два вертикальных упора-штифта 14, поводок 15 и горизонтально установленный на поводке подшипник качения 18, закрепленные на конусообразной пластине 12, воздействуют на упругий элемент 16 системы измерения силы трения 17. Испытание проводят в течение определенного промежутка времени, при этом регистрируется момент вращения, который с помощью тарировочного графика, запомненного электронным кусочно-линейным функциональным преобразователем 19, например, как показано на фиг. 1 в виде ломанной линии OABC для данного упругого элемента 16 системы измерения силы трения 17, автоматически преобразуется в силу трения, возникающую при фрикционном взаимодействии пальчиковых образцов 10 с диском-контробразцом 11. По этой силе трения оценивают свойства исследуемого смазочного материала при данной нагрузке и температуре испытания. Далее образцы 10 и контробразцы 11 заменяют новыми, в их контакт вводят новую партию смазочного материала, с помощью узла нагружения 1 и системы нагрева 3 задают следующий уровень нагрузки или температуры в зоне динамического контакта и процесс испытаний повторяют, но уже при других нагрузках и температурах узла трения.
Таким образом, с помощью предложенных в данной установке для триботехнических испытаний смазочных материалов оригинальных конструктивных особенностей, позволяющих, с одной стороны, исключить скачкообразное взаимодействие поводка с упругим элементом системы измерения силы трения посредством замены прерывистого трения скольжения между ними на более плавное трение качения и обеспечить определение упругой силы деформированного элемента непосредственно равную силе трения исследуемых образцов о контробразец, что сводит к минимуму или практически исключает возникновение нежелательных релаксационных автоколебаний, как известно, приводящих к появлению значительного разброса экспериментальных данных, а, с другой - автоматически с помощью электронного устройства в процессе испытаний автоматически учитывать нелинейность деформации упругого элемента, возникающую за счет изменения действующей длины упругого элемента системы измерения силы трения в зависимости от величины силы трения при ее экспериментальной оценке, непосредственно в процессе испытаний добиваются повышения точности измерений силы трения.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 
1250920, кл. G01N 19/02, заявлен. 05.03.85 г., опубл. 15.08.86 г., Бюл. 30.
2. RU, 94343, кл. G01N 3/56, опубл. 20.05.2010.
3. BY, 5317, кл. G01N 3/56, опубл. 30.06.2009.
Установка для триботехнических испытаний смазочных материалов, содержащая узел нагружения, привод вращения, систему нагрева, две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей пальчиковых образцов и контробразца, и конусообразную пластину, взаимодействующую через сферическую опору и закрепленные в ее верхней конусообразной части два вертикальных упора-штифта с нижней частью оправки-держателя контробразца, а через размещенный в нижней плоской части конусообразной пластины поводок - с упругим элементом системы измерения силы трения, отличающаяся тем, что пальчиковые образцы в их оправке-держателе и два вертикальных упора-штифта конусообразной пластины расположены на окружности одного и того же радиуса, а поводок взаимодействует с упругим элементом системы измерения силы трения через горизонтально установленный подшипник качения, ось которого также находится на окружности того же радиуса, что и пальчиковые образцы и два упора-штифта, причем система измерения силы трения дополнительно содержит электронный кусочно-линейный функциональный преобразователь.
